Temat

Topnienie i krzepnięcie cz. 2

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Rozpoznawanie procesów fizycznych.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Rozpoznawanie warunków zachodzenia danych procesów.

2. Rozpoznawanie zjawiska parowania, wrzenia i krzepnięcia.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- rozpoznaje procesy fizyczne,

- określa od czego zależy przebieg danego procesu.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez obserwację.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca z całą klasą.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Polecenie

Przyjrzyj się poniższej fotografii i powiedz jakie procesy zostały przedstawione na rysunku.

[Ilustracja 1]

Realizacja lekcji

Polecenie

Obejrzyj pokaz multimedialny „Wyznaczanie temperatury topnienia i krzepnięcia szczawianu wapnia”.

Uwaga: Szczawian wapnia – organiczny związek chemiczny, sól wapniowa kwasu szczawiowego. Związek ten zawarty jest w roślinach uprawnych, m.in. w szczawiu. Jest niewchłaniany przez człowieka.

[Slideshow]

Polecenie

Odpowiedz na pytania:

1. W jakiej temperaturze zaczyna topnieć się szczawian wapnia?
2. W jakiej temperaturze zaczyna krzepnąć szczawian wapnia?
3. Co dzieje się z jego cząsteczkami podczas tego procesu?
4. Który z tych procesów potrzebuje dostarczenia energii?
5. W trakcie którego procesu następuje oddawanie energii przez ciało?

Odpowiedź:

1. Szczawian wapnia zaczyna topnieć w 100°C.
2. Szczawian wapnia zaczyna krzepnąć w 100°C.
3. Cząsteczki tracą zdolność do wzajemnego przemieszczania się i drgają tylko wokół położeń równowagi.
4. Topnienie wymaga dostarczenia energii w postaci ciepła.
5. Podczas krzepnięcia energia musi być oddawana do otoczenia w postaci ciepła.

Polecenie

Obejrzyj fotografie przedstawiające trzy ciała amorficzne (nie mające regularnej budowy wewnętrznej), które podczas ogrzewania robią się coraz bardziej miękkie, plastyczne i płynne.

[Ilustracja 1]

[Ilustracja 2]

[Ilustracja 3]

Polecenie

Odpowiedz na pytania:

1. Czy można określić temperaturą topnienia substancji przedstawionych na fotografiach?

2. Czy substancje te będą charakteryzowały się stałą temperaturą topnienia?

3. Czy budowa cząsteczkowa ciała ma wpływ na jego temperaturę topnienia?

Odpowiedź:

1. Nie, gdyż występuje tu stopniowe mięknięcie substancji.

2. Nie, gdyż miękniecie zachodzi w pewnym przedziale temperatur.

3. Tak, mięknięcie dotyczy ciał o nieuporządkowanej strukturze wewnętrznej.

Wniosek:

W przedstawionych tu przykładach zjawisko topnienia ciał zachodzi stopniowo w pewnym zakresie temperatur. Zjawisko to nosi nazwę mięknięcia. Mięknięcie zachodzi w ciałach stałych, których cząsteczki nie tworzą regularnej budowy wewnętrznej.

Doświadczenie 1

Wyznaczenie temperatury wrzenia wody.

Hipoteza:

Podczas ogrzewania, temperatura wody wzrasta aż do osiągnięcia stałej temperatury 100Indeks górny °^°C. Jest to temperatura wrzenia wody.

Co będzie potrzebne:

1. zlewka,

2. palnik,

3. woda,

4. termometr,

5. zegarek,

6. stojak do zlewki,

7. uchwyt do termometru.

Instrukcja:

1. Napełnij wodą zlewkę do ok. $\frac{3}{4}$ objętości.

2. Ustaw zlewkę na stojaku nad palnikiem.

3. Na statywie ustaw termometr, tak by jego końcówka zanurzyła się w wodzie (końcówka termometru nie może dotykać dna ani ścianek naczynia).

4. Zanotuj temperaturę wody.

5. Włącz palnik.

6. Notuj wzrost temperatury co 45 sekund do momentu aż woda zacznie wrzeć.

7. Notuj temperaturę jeszcze przez 135 sekund.

8. Wykonaj wykres zależności wartości temperatury wody od czasu jej ogrzewania.

Wniosek:

Wzrost temperatury wody miał miejsce aż do osiągnięcia przez nią stałej temperatury 100°C. W tej temperaturze woda wrzała. Niezmienność temperatury świadczy o tym, że jest to przemiana fazowa. W tym przypadku jest to przemiana fazy ciekłej w fazę gazową.

Polecenie

Zapoznaj się z pytaniami i odpowiedziami dotyczącymi skraplania wody.

Pytania:

1. Jak nazywa się proces odwrotny do procesu parowania?

2. W jakiej temperaturze zachodzi proces skraplania wody obserwowany w przyrodzie?

3. Jaką temperaturę ma woda otrzymana podczas tego doświadczenia?

Odpowiedzi:

1. Procesem odwrotnym do procesu parowania jest proces skraplania.
2. Proces skraplania w przyrodzie zachodzi w przedziale temperatur od 0°C do 100°C i zależy od stopnia wilgotności powietrza.
3. Woda otrzymana podczas skraplania ma temperaturę powietrza z którego powstała:
a) przykładem jest tworzenie się mgły, która składa się z mikroskopijnych kropelek wody zawieszonych w powietrzu o dużej wilgotności,
b) jeżeli woda powstaje z pary wodnej uzyskanej podczas wrzenia wody to proces ten zachodzi w stałej temperaturze równej 100°C,
c) skraplaniem jest też tworzenie się latem rosy na trawie po bezchmurnej nocy.

Polecenie

Zaproponuj doświadczenie za pomocą którego zaobserwujesz proces skraplania wody.

Odpowiedź:

Po wyjęciu z zamrażarki butelki będę obserwował krople wody na butelce.

Podsumowanie lekcji

Zjawisko topnienia polega na zmianie stanu skupienia ciała ze stanu stałego w stan ciekły. Zachodzi w stałej temperaturze, nazywanej temperaturą topnienia.

Krzepnięcie to zmiana stanu skupienia ciała z ciekłego na stały. Proces ten zachodzi przy ochładzaniu ciał. Chłodzenie jest potrzebne dla odbierania ciepła. Proces ten jest odwracalny, może przebiegać w odwrotną stronę (topnienie), gdy ciało zaczniemy ogrzewać. Ogrzewanie jest tu konieczne ponieważ ciało topniejąc pochłania ciepło. Temperatura topnienia jest taka sama jak temperatura krzepnięcia.

Opisane temperatury są różne dla różnych substancji.

Niektóre ciała przechodzą ze stanu stałego do stanu ciekłego stopniowo, w pewnym przedziale temperatur. Nie można dla nich podać jednej konkretnej wartości temperatury przemiany. Taki proces nazywamy mięknięciem.

Zjawisko skraplania jest cieczy jest procesem odwrotnym do procesu parowania cieczy. Proces parowania cieczy zachodzi na powierzchni cieczy, jeśli proces ten zachodzi w całej jej objętości wtedy nazywa się wrzeniem.
Parowanie wymaga dostarczania do ciała ciepła parowania, zaś skraplanie wymaga odprowadzania ciepła skraplania do otoczenia.